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Für die Aufklärung eines häufigen Defekts in Silizium-Solarzellen ist Dr. Volker Naumann mit dem Werkstoff-Preis 2016 der Schott AG geehrt worden. Der 31-jährige Physiker erhielt den mit 1500 Euro dotierten Preis im Rahmen der Kuratoriumssitzung des Fraunhofer-Instituts für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale). Seine Arbeiten tragen dazu bei, die Lebensdauer und den Wirkungsgrad von Solarmodulen zu verbessern.
Für den erstmals vergebenen Preis konnten sich alle mit dem Fraunhofer IMWS verbundenen Diplomanden und Doktoranden sowie die Nachwuchswissenschaftler des Instituts bewerben. Eine Jury hatte unter den zahlreichen Bewerbern anhand von wissenschaftlicher Leistung, Innovationshöhe, Professionalität und Anwendungsrelevanz die drei Finalisten ausgewählt, die ihre Ergebnisse dem Kuratorium präsentierten. Die Kuratoriumsmitglieder kürten dann den Sieger.
Dr. Roland Langfeld, Research Fellow der zentralen Forschung der SCHOTT AG und Vorsitzender des Kuratoriums des Fraunhofer IMWS, überreichte den Preis. »Die Qualität der eingereichten Beiträge zeigt das hohe wissenschaftliche Niveau am Fraunhofer IMWS und unterstreicht zugleich die Bedeutung der Materialforschung und ihre vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten. Die Ergebnisse von Volker Naumann sind ein wunderbares Beispiel dafür, wie durch exzellente Kenntnisse der Mikrostrukturebene innovative Lösungen entstehen können, die nicht nur in der Industrie gefragt sind, sondern auch zu mehr Ressourceneffizienz beitragen«, sagt Langfeld.
Volker Naumann gelang es, gemeinsam mit Kollegen die physikalischen Grundlagen der Potential-induzierten Degradation (PID) aufzuklären, diesen Prozess in ein Modell zu überführen und ein Testgerät zu entwickeln, das die Anfälligkeit von Solarzellen für diesen Effekt misst. PID ist eine der häufigsten Ursachen für Leistungseinbußen in Photovoltaikmodulen mit kristallinen Siliziumsolarzellen und tritt vor allem auf, wenn Solarmodule bei hohen Systemspannungen und in feuchter Umgebung betrieben werden.
Wie Untersuchungen der Mikrostruktur zeigten, verursachen Kristalldefekte im Silizium die Kurzschlüsse (Shunts), die bei PID auftreten. Diese Kristalldefekte werden als Stapelfehler bezeichnet und haben Längen von nur wenigen Mikrometern und eine Dicke von nur einer Atom-Lage. Sie werden durch das Eindringen von Natriumatomen elektrisch leitend, sodass Kurzschlüsse entstehen. Auf Basis dieses grundlegenden Verständnisses des PID-Effekts wurde ein Prüfverfahren entwickelt und patentiert. Die Firma Freiberg Instruments entwickelte dieses Testverfahren als Lizenznehmer zur »Industriereife« weiter. Mit dem Gerät PIDcon können Solarzellen oder Verkapselungsmaterialien nun in einer einfachen Prozedur mit deutlich geringerem Material-, Energie- und Arbeitsaufwand als in dem herkömmlichen Testverfahren auf ihre Anfälligkeit für PID geprüft werden. Das erleichtert die Qualitätskontrolle und Fertigung PID-unempfindlicher Solarzellen und Solarmodule.
»Materialforschung – und insbesondere die Beherrschung der Mikrostruktur – ist ein entscheidender Schlüssel für mehr Nachhaltigkeit. Deshalb möchten wir hervorragende wissenschaftliche Leistungen unserer Nachwuchswissenschaftler künftig auf diese Weise auszeichnen. Ich freue mich, dass die SCHOTT AG uns dabei unterstützt, bedanke mich bei allen Mitgliedern des Kuratoriums und des Preiskomitees und gratuliere allen drei Preisträgern«, sagte Prof. Ralf B. Wehrspohn, Leiter des Fraunhofer IMWS.
Mit jeweils 500 Euro wurden die Arbeiten der anderen beiden Finalisten prämiert. Dr. Susanne Richter klärte auf, wie bei der Kristallisation von Siliziumkristallen für die Photovoltaik nichtmetallische Fremdphasen entstehen. Dr. Ulrike Hirsch fand heraus, wie sich die Lebensdauer und Effizienz von Membranen verbessern lassen, die in Umkehrosmose-Entsalzungsanlagen eingesetzt werden.
Volker Naumann (Zweiter von links) wurde beglückwünscht von Roland Langfeld, Ralf B. Wehrspohn und T ...
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